УДК 615.82
Механотерапия: роль в восстановлении мышц и физической реабилитации
Одах Абдуллах Мансур Али – студент кафедры Факультетской терапии с курсом медицинской реабилитации Медицинского института Национального исследовательского Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарёва.
Аль-Катта Кайд Халид Кайд – студент кафедры Факультетской терапии с курсом медицинской реабилитации Медицинского института Национального исследовательского Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарёва.
Сергутова Наталья Петровна – кандидат медицинских наук, преподаватель кафедры Факультетской терапии с курсом медицинской реабилитации Медицинского института Национального исследовательского Мордовского государственного университета имени
Аннотация: Спортивная медицина – область медицины, занимающаяся физическим здоровьем атлетов и спортсменов. В последние годы в спортивной медицине все большее значение приобретает механотерапия, то есть методы лечения, основанные на механическом воздействии на ткани тела. Механотерапия может использоваться для восстановления мышц и физической реабилитации после травм, а также для повышения производительности и выносливости.
Механотерапия дает хорошие результаты в лечении травм мышц и связок, таких как растяжения, разрывы и другие повреждения, которые могут стать причиной длительного перерыва в тренировках и соревнованиях. Механотерапия также полезна для восстановления мышц после операций и других медицинских процедур, когда требуется укрепление мышц или тканей, чтобы вернуться к нормальному уровню физической активности.
Авторы рассматривают основные принципы механотерапии и методы ее реализации, описывают механизмы воздействия на мышечные ткани и результаты клинических исследований в данной области. В статье также предлагаются рекомендации по применению механотерапии в качестве одного из ключевых методов физической реабилитации.
Ключевые слова: механотерапия, спортивная медицина, восстановление мышц, физическая реабилитация, профилактика повреждений.
Организм человека постоянно подвергается воздействию механических сил, которые непосредственно влияют на клеточные функции. Влияние силы тяжести на отложение минералов в костях и напряжения сдвига на образование атеросклеротических бляшек в кровеносных сосудах – вот лишь два примера. Пространственные и временные реакции на механические силы в настоящее время являются растущей областью медицинских исследований. Особый интерес представляет то, как эти механические силы могут быть преобразованы, чтобы способствовать заживлению или гомеостазу тканей или обратить развитие патогенных процессов.
В настоящее время понятие «механотерапия» используется для обозначения физической терапии, а именно терапии посредством упражнений для травмированных тканей опорно-двигательного аппарата. Основной целью этих вспомогательных методов лечения является реабилитация после восстановления пациента после травмы или операции. Эти виды терапии редко используются в качестве терапевтических вмешательств при конкретных заболеваниях. В 2009 году этот термин был расширен для обозначения использования механотрансдукции для стимуляции восстановления и ремоделирования тканей [6]. Типичными примерами классической физической терапии являются массаж и ортопедическая реабилитация, которые направлены на облегчение симптомов или восстановление функций до уровня, предшествовавшего инвалидности/операции, с помощью или без помощи специального оборудования или устройств. Таким образом, механотерапия – это активное механическое вмешательство, направленное на преобразование потенциально деструктивных механических воздействий в конструктивные и направленное на нормальную механоадаптацию для содействия восстановлению мышц и организма в целом.
Регенерация в ответ на травму требует повторения определенных событий, происходящих во время эмбрионального и фетального развития, а также благоприятной клеточной среды, чтобы поврежденные участки были заменены здоровой тканью, имеющей точно такой же состав, структуру и функциональные способности, как и неповрежденная родная ткань. К сожалению, большинство костно-мышечных тканей у взрослых людей не обладают способностью к регенерации, а травма приводит к восстановительной реакции, в результате которой откладывается волокнистая соединительная ткань, образуя рубец с неполноценными механическими, физиологическими и функциональными свойствами.
Механотрансдукция – это процесс, когда организм превращает механическое воздействие в клеточные реакции, которые вызывают структурные изменения. Примером механотрансдукции может служить адаптация кости к физической нагрузке, которая приводит к увеличению ее размера и прочности [3].
Механотрансдукцию классифицируют на три основных этапа: механосвязь [15], межклеточные контакты [14] и эффекторный ответ [1]. Данные этапы можно представить в виде тканевой «фабрики», где механический триггер является катализатором, связь по всей ткани распространяет сообщение о нагрузке, а клеточный ответ – это ответная реакция на клеточном уровне, где необходимые материалы собираются и производятся в необходимом соотношении. Коммуникация на каждом этапе происходит с помощью клеточной сигнализации – сети белков-переносчиков, ионных каналов и липидов.
Механотрансдукция представляет собой преобразование механических сигналов в биохимические процессы внутри клетки. Молекулярные механизмы процесса остаются малоизученными. Существуют несколько кандидатов на роль клеточных тензодатчиков: ионные каналы, активируемые растяжением; сайты фосфорилирования; кавеолы; клеточные молекулы адгезии, такие как интегрины и кадгерины; белки, которые связывают эти молекулы с цитоскелетом (винкулин, талин), сигнальные белки (фокальная киназа адгезии); адаптерные белки (p130Cas); цитоскелет; ядро клетки [4; 16].
Для разработки и развития механотерапии необходимо интегрировать ряд дисциплин. Эти дисциплины включают механотрансдукцию, которая позволяет выяснить процессы, посредством которых физические силы воспринимаются, передаются, а затем преобразуются во внутриклеточную биохимию и экспрессию генов [5]. Они также включают биоинформатику: исследования показали, что благодаря сочетанию информатики и информационных технологий можно точно моделировать механореакцию. Еще одной важной дисциплиной является тканевая инженерия и регенеративная медицина: достижения в этой области позволили создать механически жизнеспособные и функционально активные продукты, которые позволяют приостановить развитие патофизиологических процессов [13].
Методы механотерапии можно классифицировать различными способами: по механике воздействия, по тканям, на которые направлено воздействие, или по уровню механоинтервенции. Наиболее успешные на сегодняшний день виды механотерапии – микродеформация, ударно-волновая терапия и терапия расширения тканей [2; 7].
Механотерапия на тканевом уровне в основном направлена на улучшение заживления ран и включает микродеформационную терапию ран (MDWT), ударно-волновую терапию, расширение мягких тканей, дистракционный остеогенез. Другие процедуры, формирующие механобиологию на тканевом уровне, включают гипербарический кислород (HBO2), стратегии защиты легких и сердечной разгрузки. MDWT, также называемая вакуум-ассистированным закрытием (VAC) или терапией ран отрицательным давлением (NPWT), включает применение вакуума к раневой поверхности путем заполнения раны пористой полиуретановой губкой и последующего закрытия раны окклюзионной повязкой, подключенной к вакууму [11]. Подход эффективен для лечения острых, а также хронических, открытых, масштабных и загрязненных ран. Действие в основном обусловлено удалением внеклеточной жидкости, стабилизацией раневой среды, созданием контрактуры раны или макродеформации, а также индуцированием микродеформации. Метод также регулирует неоваскуляризацию, воспаление и уровень клеточной энергии. Биомеханически обусловленная неоваскуляризация, вызванная MDWT, со временем способствует ангиогенезу [12].
Ударные волны, которые обычно используются в экстракорпоральной ударно-волновой терапии (ESWT), представляют собой двухфазные высокоэнергетические акустические волны, которые могут генерироваться электрогидравлическими, электромагнитными или пьезоэлектрическими технологиями. ESWT – это метод литотрипсии, потенциал которого в отношении заживления ран в настоящее время активно изучается. Имеются доказательства того, что он уменьшает размер раны, ускоряет реэпителизацию, улучшает перфузию крови, уменьшает боль и снижает некроз [9; 10]. То, что ударно-волновая терапия, вероятно, вызывает механотрансдукцию и иммуномодуляцию при заживлении ран, определяет ее дальнейшее развитие.
Техника расширения мягких тканей – это процедура, которая систематически растягивает кожу контролируемым механическим способом для создания дополнительной кожи эндогенным путем. Она может быть выполнена инвазивным или неинвазивным способом. Вновь созданная кожа может быть использована в пластической хирургии для закрытия дефектов кожи или реконструкции органов [8].
Таким образом, механотерапия является эффективным методом восстановления мышц и физической реабилитации. Она основана на использовании механических сил для активации процессов регенерации тканей. Механотерапия позволяет ускорить процесс заживления травм и укрепления мышечного корсета, а также улучшить функциональные характеристики организма.
Список литературы
- Cheema U, Brown R, Mudera V, et al. Mechanical signals and IGF-I gene splicing in vitro in relation to development of skeletal muscle. J Cell Physiol 2005;202:67–75.
- D'Agostino, M. C., Craig, K., Tibalt, E., & Respizzi, S. (2015). Shock wave as biological therapeutic tool: From mechanical stimulation to recovery and healing, through mechanotransduction. International journal of surgery, 24, 147-153.
- Duncan RL, Turner CH. Mechanotransduction and the functional response of bone to mechanical strain. Calcif Tissue Int 1995;57:344–58.
- Gortazar A.R., Martin-Millan M., Bravo B., Plotkin L.I., Bellido T. Crosstalk between caveolin-1/extracellular signal-regulated kinase (ERK) and β-catenin survival pathways in osteocyte mechanotransduction. J Biol Chem 2013; 288(12): 8168–8175
- Ingber, D.E. (2003) Mechanobiology and diseases of mechanotransduction. Med. 35, 564–577
- Khan, K.M. and Scott, A. (2009) Mechanotherapy: how physical therapists’ prescription of exercise promotes tissue repair. J. Sports Med. 43, 247–252
- Kim, K. B., Doyle, R. E., Araújo, E. A., Behrents, R. G., Oliver, D. R., & Thiesen, G. (2019). Long-term stability of maxillary and mandibular arch dimensions when using rapid palatal expansion and edgewise mechanotherapy in growing patients. The Korean Journal of Orthodontics, 49(2), 89-96.
- Manders, E. K., Schenden, M. J., Furrey, J. A., Hetzler, P. T., Davis, T. S., & Graham III, W. P. (1984). Soft-tissue expansion: concepts and complications. Plastic and Reconstructive Surgery, 74(4), 493-507.
- Ottomann, C. et al. (2012) Prospective randomized phase II trial of accelerated reepithelialization of superficial second-degree burn wounds using extracorporeal shock wave therapy. Surg. 255, 23–29
- Reichenberger, M.A. et al. (2009) Preoperative shock wave therapy reduces ischemic necrosis in an epigastric skin flap model. Plast. Surg. 63, 682–684
- Saxena, V. et al. (2007) A set of genes previously implicated in the hypoxia response might be an important modulator in the rat ear tissue response to mechanical stretch. BMC Genomics 8, 430
- Scherer, S.S. et al. (2008) The mechanism of action of the vacuumassisted closure device. Reconstr. Surg. 122, 786–797
- Seo, B. R., Payne, C. J., McNamara, S. L., Freedman, B. R., Kwee, B. J., Nam, S., ... & Mooney, D. J. (2021). Skeletal muscle regeneration with robotic actuation–mediated clearance of neutrophils. Science translational medicine, 13(614), eabe8868.
- Torday, J. S., & Rehan, V. K. (2012). Evolutionary biology: cell-cell communication, and complex disease. John Wiley & Sons.
- Wall ME, Banes AJ. Early responses to mechanical load in tendon: Role for calcium signaling, gap junctions and intercellular communication. J Musculoskeletal Neuronal Interact 2005;5:70–84.
- Zhang H., Labouesse M. Signalling through mechanical inputs: a coordinated process. J Cell Sci 2012; 125(Pt 13): 3039–3049.